История Fate/hollow ataraxia происходит через шесть месяцев после событий Fate/stay night, все еще в городе Фуюки. Базетт Фрага МакРемитц, член Ассоциации Магов и Мастер Пятой Войны Святого Грааля, просыпается на четвертый день войны с новым Слугой, Мстителем, и не помнит, что с ним случилось раньше. Она и Эвенджер решили сражаться и выиграть Войну за Святой Грааль.

Между тем, Широ Эмия живет мирной жизнью со всеми своими друзьями из Пятой Войны Святого Грааля. После того, как один из его опытов изменил ход времени и пространства, Рин Тосака уезжает в Ассоциацию волхвов в Англии, чтобы разобраться с проблемами. Слуги чувствуют новую опасность, поскольку вскоре после этого появляются темные существа. Широ в качестве меры предосторожности намеревается убедиться, что никто не находится в опасности, и вместо этого он постоянно встречает загадочную девушку, Карен Гортензию.

Базетт и Широ оказываются во временной петле, которая длится четыре дня, начиная с четвертого дня Пятой Войны Святого Грааля. Каждый раз, когда они умирают или выживают в течение четырех дней, они всегда просыпаются в первый день цикла, зная, что с ними произошло с момента первого начала цикла. Будучи преисполнены решимости положить конец петле, Базетт, Эвенджер и Широ сражаются, чтобы раскрыть правду о причинах Бесконечных четырех дней.